水泥土挤密桩施工工艺试验.doc

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水泥土挤密桩施工工艺试验

1试验地点和地质情况描述

试验场位于郑西客运专线工程试验段内，对应线路里程DK355＋200，横向位于线路左侧150m处。

场地填土高度5m，长140m，字东向西分为三个试验段，分别采用柱锤冲扩桩、水泥土挤密桩和强夯三种地基处理措施。

每个分区长40m，分区之间设10m的过渡段。

试验场所处地貌为渭河右岸一级阶地，地势南高北低。

该路段地处渭河阶地，地层依次为：

①砂质黄土（Q4a13）：

广泛分布于阶地地表，厚约21～24m，浅黄色，褐黄色，土质均匀，粉粒为主，虫孔，孔隙发育，其中表层0.5m为耕植土，坚硬，Ⅱ级普通土，14m以上σ0=130kpa，14m以下σ0=150kpa，具有自重湿陷性，湿陷性等级Ⅳ级，湿陷性土层厚度21.5m。

②细砂（Q2a14）：

广泛分布于砂质黄土之下，厚度大于10m，一般夹粉质粘土透镜体，棕黄色，灰黄色，砂质较均匀，纯净，饱和为主，密实，稍有胶结。

Ⅰ级松土，σ0=200kpa。

③粉质粘土（Q2a11）：

呈层关或透镜状分布于粉、细砂层中，厚约大于5m，黄褐色为主，土质较均匀，局部夹有砂薄层，坚硬-硬塑。

Ⅱ级通土，σ0=180kpa。

地下水位埋深25～30m。

黄土湿陷等级为Ⅳ级。

故对该路基下地层须进行人工处理，以改变天然土的物理性质，满足高速铁路建设设计要求。

水泥土挤密桩位于试验场内2区，设计参数：

桩径0.5m，桩间距1.0m，桩长15m，正三角形布置。

2试验目的

检验完善设计，为大面积施工提供依据，确定如下几方面内容:

检验设计参数和地基处理效果；

确定机械设备选型及配套组合；

确定施工工艺及参数：

成孔参数、填料分层厚度、夯击次数、水泥土配合比等。

3机械设备及施工材料

3.1机械设备

洛阳铲（直径37.7cm）一台，履带吊组装沉管机（沉管直径40cm、50cm）1台，夯实机一台，配备1.8t夯锤1个、装载机一台,小推车若干，WJT180稳定土拌合机1台。

3.2施工材料

⑴黄土采用DK355+200处正线挖方黄土。

根据土工试验结果，该处黄土含水率12%，可用于水泥土材料。

⑵水泥采用P.O.32.5水泥。

⑶水泥土水泥含量8％（质量比）,最大干密度1.79g/cm3，最优含水量14.2%。

4施工过程

4.1试验方案

针对设计桩径较大、桩身较长的情况，拟定了三种试验方案，并在正式施工前在分区间的过渡段和路堤坡脚外进行了小面积群桩试验。

根据地质情况,地基处理深度范围内的土层较松散,直接沉管成孔较容易，决定取消设计中的螺旋钻预置25cm孔工序，直接沉管成孔。

⑴方案1

试验桩2根。

采用直径50cm沉管成孔，沉管15m深；

孔内每层填土高度51mm；

采用1.8t重夯锤，每层分别夯击3次，夯锤落距4m。

⑵方案2

试验桩3根。

采用直径50cm沉管成孔，成孔深度分别为2.3m、2.4m、2.4m；

孔内每层填土8铁锹（0.048～0.056m3）、6铁锹（0.036～0.042m3），200kg夯锤夯实，每层夯击3次，夯锤落距3m；填土2铁锹（约0.012m3），200kg夯锤夯实，每层夯击2次，夯锤落距2m。

⑶方案3

试验桩3根。

采用直径40cm履带吊组装沉管机沉管成孔，成孔15m深；

孔内每层填土高度80cm；

采用1.8t重夯锤，每层夯击2次，夯锤落距6m，到孔位4m以上，每层夯击3次，夯锤落距4m.

场地清表、整平

桩孔编号、放样定位

沉管机就位

沉管至设计标高

拔管处理缩孔夯实孔底

验孔检查

分层填料、夯实

成桩

综合检验

填料拌合

4.2施工工艺

4.3施工方法

⑴场地清表、整平

用推土机、装载机清除表层50cm厚腐植土，并整平。

清表土运送到指定地点集中堆放。

⑵桩孔编号、定位

根据设计桩位布置对桩孔进行编号，利用全站仪测放排、列控制桩，拉线、钢尺丈量定出桩孔位置，洒白灰线、插竹签标记。

⑶沉管

沉管机就位对中，启动打桩锤，沉管至设计标高后，拔管，移机到下一桩位施工。

⑷桩孔处理

沉管机成孔后，用夯锤将孔底夯实至设计标高。

⑸水泥土拌合

水泥土水泥掺量为8％（质量比），采用自动计量稳定土拌合机拌合。

拌合前检测土的含水量，如含水量偏低，根据实测含水量、最优含水量以及土的数量计算需加水数量，加水闷料12小时后方可使用。

如含水量偏高，经晾晒接近最优含水量后使用。

⑹填料夯实

检查桩孔位置、孔径和孔深后，分层夯填水泥土拌合料，填料分层厚度和夯击次数严格按试验方案确定的参数进行。

⑺成桩检验

按设计和规范要求进行桩径、桩长、桩身密实度、桩间土挤密系数、湿陷性系数、压缩模量等试验检测。

5施工中的问题及解决措施

采用直径50cm沉管（方案1），成孔拔管后,出现孔壁落土和缩孔现象,对孔底的落土和缩孔部位，采用机械挖铲取土,最终成孔深度在14.3m左右，再用夯实机提升夯锤空夯几击，直到孔深达到15.5m。

采用直径40cm沉管（方案3），成孔深度在14.6m左右，用夯实机提升夯锤空夯几击，可以保证成孔深度15.5m。

方案3由于夯实机高度限制，夯填到地面下3米后，夯锤提升不到6m，此范围改为每层夯击3次，夯锤落距4m，以满足夯击能要求。

6试验检测

⑴方案1

对2根试验桩均开挖检测。

夯填每层夯击3次，断桩测量成桩桩径为60cm；桩体检测：

原地面以下0.5m密实度为0.981,原地面以下1m密实度为1.006。

夯填每层夯击2次，断桩测量成桩桩径为60cm；桩体检测：

原地面以下0.7m密实度为0.989。

该方案桩体密实度均能满足要求,但是成桩桩径不易控制，为设计桩径的1.2倍，大大超过设计桩径，填料量超出设计44％左右。

未再进行进一步试验。

⑵方案2

对3根试验桩均开挖检测。

断桩测量成桩桩径为50cm；桩体检测：

原地面以下1.0m桩体密实度分别为0.855、0.899、0.894，桩体直径能达到设计要求,桩体密实度未能达到0.97的要求。

⑶方案3

对3根试验桩均开挖检测。

断桩测量桩体桩径分别为50cm、50cm、51cm，达到设计要求。

桩体检测：

44-39#桩原地面以下1.0m取样检测，密实度为0.983,原地面以下2m，密实度为0.983，均能达到0.97的要求。

桩间土检测分别对原地面下1m、2m、3m、4m取样，平均挤密系数0.962，最小挤密系数0.920，分别满足0.93和0.88的要求。

7结论

7.1试验结论

根据以上试验结果，方案1虽然桩体密实度能达到要求，但成桩直径过大，填料数量超过设计用量的44%，施工成本太高，故不予采用；方案2成桩直径能够控制在50cm左右，但桩体密实度达不到0.97的要求，不予采用；方案3桩体密实度能够达到0.97的要求，桩间土平均挤密系数能够达到0.93的要求，成桩直径满足设计桩径，故水泥土挤密桩施工采用方案3。

桩径0.5m、桩间距1.0m、桩长15m、正三角形布置的设计参数能够达到地基处理效果的目的。

7.2工艺方案

工艺方案及有关参数如下：

采用直径40cm沉管机成孔，孔深15.5m；

孔内每层填料高度80cm；

采用夯实机提升1.8t重夯锤夯击，每层夯击2次，夯锤落距6m；到孔位4m以上，每层夯击3次，夯锤落距4m.

水泥土水泥掺量为8％（质量比）；

沉管成孔平均约5min/孔，夯填约30min/孔，1台沉管机需配套2台夯实机，以充分发挥机械效率。

1套设备（1台沉管机＋2台夯实机）工效为4根桩/h。

7.3注意事项

成孔拔管后，用夯实机提升夯锤空夯几击，保证成孔深度。

大规模施工时，也可以对沉管机改装加高到15.5m，直接沉管到15.5m。

由于夯实机高度限制，夯填到地面下3米后，夯锤提升不到6m，此范围改为每层夯击3次，夯锤落距4m，以满足夯击能要求。

7.4水泥土挤密桩施工质量控制方法

1、所用原材料必须经检验合格后方可使用。

进场土料必须测定其含水量，如含水量过大或过小，必须晾晒或加水搅拌再测定，其含水量直至达到最佳含水量且通过4mm筛后方可使用。

水泥土应随拌随用，不得超过水泥的初凝时间。

　　2、在施工过程中，严格按配合比施工，由专人负责过磅。

在原材料无变化时应进行定期试桩。

原材料一旦发生变化必须通过试桩，重新确定施工参数。

     3、施工过程中试验抽查桩长、桩径、强度，并做出统计分析，以便改进。

8　体会

1、在水泥挤密桩施工过程中操作者要掌握必要的技术要领并有专员进行现场监控。

　　2、成孔时按正三角形应“隔孔隔排跳打”的原则。

　　3、施工时应确保水泥在初凝时间内完成土与水泥的拌合、桩的填充及夯实。

　　4、结合本工程的实践，验证了水泥土挤密桩在处理湿陷性黄土地区也是一种方法简便、效果较好好的地基处理形式。